水-岩作用下含煤岩系力学特性和声发射特征研究

采用自主研制的无损浸水装置进行了不同岩性含煤岩系浸水试验,根据含水饱和度随浸水时间变化规律将每种含煤岩系划分为4种含水饱和度;进行了不同含水饱和度、不同岩性含煤岩系单轴压缩试验和变角剪切试验,监测了试验过程中试样释放的声发射信号,研究了不同含水饱和度含煤岩系力学特性、变形破坏机理和声发射特征.结果表明:含煤岩系浸水过程按时间均可分为快速浸水、缓慢浸水和稳定3个阶段;随着含水饱和度增加,含煤岩系单轴抗压强度、弹性模量和内摩擦角呈线性或指数函数减小,黏聚力呈指数函数减小;由干燥到饱和,含煤岩系破坏形式由张拉逐渐向剪切过渡,或由剪切逐渐向拉剪复合过渡;随着含水饱和度增加,含煤岩系声发射累计计数减小.     

煤样剪切变形及裂纹演化特征离散元模拟研究

通过对煤样常规三轴试验的拟合,得到一组能够反映煤样宏观力学性质的PFC细观参数,并在此基础上制备含不同倾角预制裂隙的剪切试样,利用模拟的方法研究裂隙倾角对煤样宏观剪切力学性质的影响.通过对模拟结果分析,得到如下结论:由于拉应力最大值和拉应力的分布区域随裂隙倾角不断改变,导致裂纹萌生应力在倾角为0°~30°时呈现不断增大的趋势,在30°~75°之间呈现减小的趋势,在75°~90°之间呈现增大趋势.根据裂纹数目随应力应变曲线的变化特点,将试样的破坏过程分为3个阶段,并根据翼裂纹再次扩展到次生裂纹萌生扩展阶段对应的剪切应变大小将不同裂隙倾角试样大体分为脆性破坏试样和延性破坏试样.在对试样破坏过程分类的基础上分析了试样的最终破裂模式和次生裂纹萌生对应的剪切应变,结果表明试样破裂过程的决定因素为试样的破裂模式,并且破裂模式影响次生裂纹萌生对应的剪切应变.通过对模拟试验结果的分析,提出不同工况的支护建议.     

单轴压缩下石灰岩声发射主频特征

为探究石灰岩破裂失稳前兆,对岩土工程岩土破裂事故进行预警预测.以石灰岩单轴压缩声发射试验为基础,分析了整个石灰岩破坏过程声发射的频谱特征及时域主频.研究发现,石灰岩声发射波形存在2个主要频带,主要集中在15～75 kHz和125～175 kHz频段内;整个破坏过程中声发射频谱具有以下特征：主频幅值呈增大趋势,声发射谱的峰值形状存在单峰和双峰,单峰试件破坏强度更大;石灰岩破坏前,中频域主频信号明显增多,高频域主频出现密集分布.这些变化可作为石灰岩破裂失稳发生的特征指标,可用于石灰岩破裂失稳事件的预测预警.     

钢轨胶结剪切强度的声发射监测

研究了胶结剪切强度的声发射特性，发现用声发射可以观察断裂的详细过程：从加载开始就出现声发射，说明较弱的连结点已开始断裂；极大的声发射振铃增长，表明胶结产生了破坏；断裂的声发射信号幅值大；从声发射图上所得的最大载荷低于从Ｘ－Ｙ函数记录仪所得的；声发射可以用于评价胶结质量     

单轴压缩下岩石声发射特性试验研究

声发射技术是分析岩石在发生峰值到软化失稳演化过程的直接工具手段,在国内外理论研究的基础上,对灰岩岩样进行单轴压缩条件下破坏全过程的声发射试验,得出相应的应力、时间与声发射振铃数曲线图,进而分析岩石变形破坏全过程及声发射试验参数的规律。在试验的基础上,利用相关参数确定Kaiser效应点。     

煤岩卸荷变形损伤及声发射特性

深部开采引起的煤岩卸荷损伤破坏的机理与连续加载机理不同,从卸荷的角度研究煤岩动力灾害成为研究煤岩动力灾害问题的一个新的发展方向。利用MTS815岩石力学测试电液伺服试验系统和8CHSPCI-2声发射检测系统,对煤岩卸荷变形损伤及声发射特性进行了研究。研究表明,煤岩卸荷破坏表现为强烈的脆性破坏,且具有突发性,多呈张剪复合型破坏形式;煤岩卸荷的累积声发射振铃计数演化曲线可反映煤岩卸荷损伤的演化过程;煤岩卸荷破坏过程可分为3个阶段：损伤弱化阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段;在煤岩开采过程中,围压被卸除,煤岩体迅速进入到煤岩卸荷损伤破坏的第3阶段,损伤迅速累积并发生突发性断裂破坏,煤岩动力灾害随即发生。     

煤体剪切破坏过程电磁辐射与声发射研究

用剪切实验台和电磁辐射、声发射接收系统对煤体剪切破坏的电磁辐射、声发射特征进行了研究 .结果表明 ,煤体剪切破坏过程中电磁辐射和声发射有两种类型 :一种是在加载初期出现较高的强度 ,加载中间阶段有较为平静的区域 ,主破坏发生前又逐渐增强 ,破坏时出现较高的强度 ,破坏后逐渐减弱 ;另一种是随应力增大电磁辐射和声发射持续增强直至破坏 ,破坏后减小 .试验结果与预测冲击矿压、煤与瓦斯突出等动力灾害的现场测试结果吻合 .     

岩石声发射特性的研究

本课题自1982年7月开始,至1986年7月结束。其中分为三个阶段:第一个阶段是准备阶段,对国内外的情况进行调研,建立本课题研究内容的测试系统,添置必须的仪器、换能器、刚性试验装置,进行测试系统的调试;第二阶段是室内实验,其目的在于研究应力应变全程曲线各阶段内的岩石声发射规律,用岩石声发射的多参数、多频率窗口变化规律探讨岩石试件破坏的机制,寻找岩体失稳最为可靠的参数,为现场岩体失稳预报建立坚实的理论基础;第三阶段是在牟定铜矿井下采场进行现场监测,其目的在于验证室内实验所获得的岩石声发射规律,并用这些规律去指导围岩稳定性监测,最后监测记录到了两次片帮事故。     

石灰岩在单轴压缩条件下的声发射特性

为研究岩石受压及破坏失稳过程中的声发射特性，作者利用改进的岩石声发射参数动态测试系统，对广西某矿石灰岩作了岩石的单轴压缩试验，检测了岩样从加载直至破坏过程中的声发射活动，表明内部微裂纹的形成与原有裂纹的扩展是岩石加载过程中声发射活动的主要原因。     

单轴压力下岩爆倾向岩石的声发射特征

在电液伺服刚性试验机上,对某矿一种具有岩爆倾向的岩石进行声发射研究,得出了声发射参数与岩石应力－应变曲线对应关系,声发射数统计和声发射波形频谱分析结果表明：在加载过程中,应力达到一定水平时声发射数发生突跳,声发射频谱由低频向高频发展,到一定应力水平后基本保持稳定,能量由低频向高频集中,声发射突跳点与高频转换点应力水平基本一致,这对硬岩矿山岩爆预报有一定的指导意义。     

三轴应力下盐岩声发射特征研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-2声发射(AE)3维定位实时监测系统,开展不同围压下盐岩的三轴压缩声发射定位试验,探讨盐岩轴向加载过程中声发射特征的围压效应。结果表明:盐岩AE定位点多少与振铃计数率大小、能率高低具有良好的一致性。声发射高计数、高能率、定位点集聚段等随围压增加而滞后。低围压下,盐岩发生剪切破坏,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要出现在屈服阶段和峰值应力前阶段;高围压下,盐岩呈塑性大变形特征,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要在峰值及峰后阶段出现。围压增加,累计计数和定位点的总量呈减少趋势;最大能率和累计能量随围压增加而减小,围压为5 MPa时分别约为30 MPa时的43倍和22倍。     

单轴压缩试验下包裹及未包裹岩石声发射特性研究

单轴压缩试验条件下,通过对能率及比值(事件率/能率)这两个声发射特征参数的研究,发现包裹与未包裹岩石声发射特性存在明显差异.其差异主要表现在:1包裹岩石在整个加载过程中存在两个声发射能率突增点,分别代表外部包裹体部分破裂及内部岩石破坏;而未包裹岩石仅出现一个声发射能率突增点,代表内部岩石破坏;2在声发射事件率与能率的比值方面,包裹岩石在整个加载过程中出现了两次"峰值",而未包裹岩石仅出现了一次"峰值".     

切屑折断过程的声发射特性

对车削过程中的声发射特性进行了试验研究。结果表明：切削过程中产生突发型特征的剪切滑移、切屑折断、刀具破损的声发射信号各不相同；切屑形状与声发射信号特征有一定的对应关系。     

单轴压缩下不同含水率红砂岩声发射特性试验研究

采用高低两种不同频率的声发射通道,对3种不同含水率的红砂岩进行单轴压缩声发射试验,分析了不同含水率下的红砂岩力学特性与声发射特性.试验结果分析表明:随含水率增加,红砂岩峰值应变量呈下降趋势;两种不同的声发射通道中,随着含水率的增加,声发射振铃计数均减少,主要区别在于数量明显不同;同一种声发射通道中,含水率对高频通道中振铃计数率变化规律无明显影响.低频通道中,随着含水率的增加声发射振铃计数出现明显的"滞后"现象.     

岩石声发射特征的分形分析

通过岩石单轴压缩声发射实验，利用G-P算法计算了不同应力水平下的声发射时间序列的关联维数。研究发现关联维数值随相空间维数m的增大而增大，当m较大时趋于稳定。实验发现多数岩样在应力水平为极限应力的60％以前，分维值呈增大趋势。当达到破坏应力时，分形维数降低到一个最小值。这表明岩石声发射关联维数的变化反映了岩石内部损伤演化情况，分形维数的降低意味着主断裂或破坏的发生。     

泡沫混凝土单轴压缩下声发射特征试验研究

为了探究泡沫混凝土的单轴压缩下的内部损伤演变规律,对2种不同密度的泡沫混凝土试样进行了单轴受压试验,并利用声发射技术对试验全过程进行了动态监测,获得了表征泡沫混凝土损伤演化过程的典型声发射事件累计数-时间曲线、声发射事件率-时间曲线、能率-时间曲线以及事件定位演化图.结果显示:不同密度泡沫混凝土均经历压密阶段、弹性阶段、塑性阶段以及峰后破坏阶段.塑性阶段之前声发射事件累计、事件率和能率值都相对很低,而在峰后破坏阶段事件累计、事件率以及能率都急剧增加,且声发射事件率和能率峰值相比应力峰值在时间上具有滞后性.峰值过后2种泡沫混凝土都具有一定的残余强度,继续加载时不断产生新的裂纹,表现为较多的小能率事件发生.破坏模式分析表明裂纹主要是从泡沫混凝土两端产生、发展并最终贯通整个试样,属于典型的脆性斜剪破坏.     

大型观览车滚动轴承的声发射特性

介绍了观览车模拟装置低速滚动轴承的声发射试验,从累加值和平均值2个方面进行了声发射信号的参数统计分析.研究发现:观览车在整个运行历程中,部分参数的累加值和平均值随运转圈数的变化呈“上升—下降—水平”的趋势,且以有效值电压(RMS)最为明显.进一步分析发现:对应RMS曲线峰值点的信号,其RMS历程图有明显的四峰值特征,且在能量与幅度关联图中明显地被区分,这为观览车轴承的健康评价提供了依据.     

含不同缺陷的金属材料声发射特性

根据声发射测试原理,利用信号峰值电压与材料形变过程中释放能量的关系建立了裂纹开裂的声发射参数与应力关系的数学模型,提出了声发射总计数和声发射计数率的一般表达式,研制了声发射装置,并在拉伸试验条件下对具有不同缺陷的ZG25试件进行了声发射检测。实验结果表明:无缺陷的ZG25材料与有气孔、疏松、夹渣和微裂纹缺陷的该材料具有不同的声发射AE事件特征,这对金属材料声发射无损检测具有实际意义。     

三轴循环加卸载下砂岩声发射分形特征试验

为探究砂岩在三轴循环加卸载条件下的声发射特性及其分形特征,对砂岩进行不同围压等级下常规三轴试验和三轴循环加卸载声发射试验,通过分析砂岩在三轴循环加卸载条件下峰前与峰后全过程的声发射特性及其分形特征,探究岩石渐进破坏过程中试样裂纹开展和损伤演化规律.采用MTS815 Flex Test GT岩石力学测试系统与PCI-Ⅱ型...